CN221207495U - 一种电池热失控烟气处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种电池热失控烟气处理装置，主要解决现有电池热失控烟气处理装置使用成本相对较高的问题，该电池热失控烟气处理装置，包括反应壳体、反应介质以及加热装置；所述反应壳体上设置有热失控烟气通过的烟气进口和烟气出口；所述反应介质填充在反应壳体内，所述加热装置用于对反应壳体内的反应介质进行加热；所述反应介质具有第一状态和第二状态，所述反应介质能够在加热后与热失控烟气进行反应，由第一状态转变为第二状态；同时，所述反应介质能够在加热后与氧气进行反应，由第二状态转变为第一状态。
Description
技术领域
本实用新型属于电池安全领域，具体涉及一种电池热失控烟气处理装置。
背景技术
锂离子电池的应用十分广泛，可以被应用于储能、动力电池等多个领域。近年来随着锂离子电池的进一步发展，锂离子电池的安全使用也受到关注。由于锂离子电池的原理和结构特性，在过充过放、过热、机械碰撞等因素影响下，容易引起电池隔膜崩溃和内部短路，从而导致热失控。
电池热失控后产生大量热失控烟气，现有对电池热失控烟气进行处理时，采用了多种不同的处理方式，第一，对热失控烟气进行直接排放，该种处理方式存在热失控烟气在电池外二次***的安全隐患；第二、对热失控烟气进行吸附处理。
目前，一般采用固体吸附剂或液体吸附剂对热失控烟气进行吸附处理，以使吸附处理后的热失控烟气不会产生二次***的安全隐患。例如，中国专利CN114843645A公开了一种电池热失控烟气吸附装置、电池壳体、电池及电池箱体。该电池热失控烟气吸附装置包括冷却单元和吸附单元；冷却单元包括N个冷却罐体，每个冷却罐体内填充有冷却材料；吸附单元包括M个吸附罐体,每个吸附罐体内填充有吸附材料；N个冷却罐体和M个吸附罐体任意组合串联，使得电池热失控烟气通过冷却罐体降低温度与流量，并通过吸附罐体进行吸附处理。再例如，中国CN218687938U公开了一种锂电池热失控烟气处理装置，该锂电池热失控烟气处理装置包括至少一个吸附容器和液体处理剂，吸附容器设置有进气口和排气口；液体处理剂设置在吸附容器内，主要包括电解液吸附剂、可燃气体处理剂、酸性气体处理剂中的一种，热失控气体通过以上液体处理剂后，锂电池失控烟气中的电解液、可燃气体和酸性气体被尽可能的吸附和处理，使得处理后的气体不可燃烧。
上述装置中的固体吸附剂或液体吸附剂能够对热失控烟气进行有效处理，以使排出装置的热失控烟气不可燃烧。但是，上述固体吸附剂或液体吸附剂与热失控烟气进行吸附反应后，后期对装置更换维修时，需填充新的固体吸附剂或液体吸附剂以进行下次反应，装置的使用成本较高。同时，与热失控烟气反应后的吸附剂需经过特殊的装置或方法进行处理后才能达到环保排放要求，例如，液体吸附剂需进行无污染处理后再进行排放，固体吸附剂需进行淹没等操作，处理成本较高。
实用新型内容
为解决现有电池热失控烟气处理装置使用成本相对较高的问题，本实用新型提供一种电池热失控烟气处理装置。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：
本实用新型提供的电池热失控烟气处理装置包括反应壳体、反应介质以及加热装置；所述反应壳体上设置有热失控烟气通过的烟气进口和烟气出口；所述反应介质填充在反应壳体内，所述加热装置用于对反应壳体内的反应介质进行加热；所述反应介质具有第一状态和第二状态，所述反应介质能够在加热后与热失控烟气进行反应，由第一状态转变为第二状态；同时，所述反应介质能够在加热后与氧气进行反应，由第二状态转变为第一状态。
进一步地，所述反应介质为金属氧化物。
进一步地，所述反应介质为氧化铜粉末。
进一步地，所述加热装置为电磁感应加热线圈，所述电磁感应加热线圈缠绕在反应壳体的外壁上。
进一步地，所述加热装置为至少一根加热棒，所述至少一根加热棒***反应壳体的内腔中。
进一步地，所述反应壳体上设置有氧气进入的气体口，所述气体口上设置有控制阀。
进一步地，所述反应壳体的烟气进口处安装有第一单向阀，烟气出口处安装有第二单向阀。
进一步地，还包括保护外壳，所述加热装置、反应壳体均设置在保护外壳内。
进一步地，所述保护外壳采用绝缘隔热材料制作。
进一步地，所述反应壳体主要由一端敞口的圆形筒体以及设置在敞口端的盖板组成。
和现有技术相比，本实用新型技术方案具有如下优点：
1.本实用新型电池热失控烟气处理装置对热失控烟气处理后，能够多次循环重复的使用，大幅降低了装置的使用成本，同时，使用后的反应介质无需进行无害化等特殊处理，进一步降低了装置的使用成本。热失控烟气经过该装置处理后，其可燃气体的浓度大幅降低，气体浓度降低到其***极限以下，从而避免了热失控烟气过大导致的着火、甚至***等安全隐患。
2.本实用新型电池热失控烟气处理装置中，反应介质为金属氧化物，金属氧化物优先采用氧化铜粉末，氧化铜粉末易与热失控烟气中的氢气以及一氧化碳反应，同时，相较于其它反应介质，氧化铜粉末与热失控烟气反应生成铜粉末后，铜粉末也易与氧气反应生成氧化铜粉末，反应条件相对较低。
3.本实用新型电池热失控烟气处理装置中，加热装置采用缠绕在反应壳体的电磁感应加热线圈，电磁感应加热线圈能够均匀的将反应壳体内的反应介质加热到反应的温度，由于该方式的加热均匀，继而确保了热失控烟气的处理效果以及反应物质的还原效果。
4.本实用新型电池热失控烟气处理装置中，加热装置采用加热棒，加热棒能够***反应壳体的内腔中直接对反应介质进行加热，热传导效率高，继而确保了热失控烟气的处理效果以及反应物质的还原效果。
5.本实用新型电池热失控烟气处理装置中，反应壳体上还设置有氧气进入的气体口，同时气体口上设置有控制阀。该气体口和控制阀的设置，在反应壳体内的反应介质需与氧气进行反应时，直接将气体口与氧气管路进行连接即可，无需进行烟气进口与烟气管路拆卸，在将烟气进口与氧气管路连接的过程，使得电池热失控烟气处理装置的使用较为方便，避免了进行反复的拆卸和安装过程。
6.本实用新型电池热失控烟气处理装置中，反应壳体的烟气进口处安装有第一单向阀，反应壳体的烟气出口处安装第二单向阀，该第一单向阀使进入反应壳体的热失控烟气不会回流，第二单向阀对反应壳体的热失控烟气进行憋压，以使热失控烟气与反应介质充分反应，同时，该第二单向阀还能够确保反应壳体的密封性，避免反应介质与热失控烟气反应时环境中的气体参与产生副反应。
7.本实用新型电池热失控烟气处理装置中，加热装置、反应壳体均设置在保护外壳内，保护外壳优先采用绝缘隔热材料制作，该保护外壳能够加热装置、反应壳体进行保护，也能够隔离加热装置产生的热量。
8.本实用新型电池热失控烟气处理装置中，反应壳体主要由一端敞口的圆形筒体以及设置在敞口端的盖板组成，该种结构不仅便于反应介质的填充，而且反应壳体的密封性较好。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型实施例中电池热失控烟气处理装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中电池热失控烟气处理装置(加热装置为电磁感应加热线圈)的结构示意图；
图3为本实用新型实施例中电池热失控烟气处理装置(加热装置为加热棒)的结构示意图；
图4为本实用新型实施例中电池热失控烟气处理装置(具有保护外壳)的结构示意图；
图5为本实用新型实施例中电池热失控烟气处理装置(具有气体口)的结构示意图。
附图标记：1-反应壳体，2-反应介质，3-加热装置，4-第一单向阀，5-第二单向阀，6-保护外壳，7-控制阀，11-烟气进口，12-烟气出口，13-圆形筒体，14-盖板，15-气体口，31-电磁感应加热线圈，32-加热棒。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本实用新型的保护的范围。
在本说明书中不同地方出现的“其它实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其它实施例互相排斥的实施例。本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本说明书的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间件间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
同时在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语中的“顶、底、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
现有的储能***或动力电池包一般均包括多个单体电池(单体电池可为现有的单体圆柱电池、方壳电池、软包电池等)以及电池管理***，多个单体电池串联、并联或串并联设置，以满足不同的容量要求。电池管理***主要用于维护和管理各单体电池，防止出现过充电和过放电等现象。上述多个单体电池在使用过程中或在过充过放以及机械碰撞时，容易产生热失控，产生热失控烟气，上述储能***或动力电池包一旦发生热失控，其释放的气体量非常大，该热失控烟气在储能***或动力电池包外聚集，存在二次***的风险。
当电池发生热失控时，根据电解液的成分以及不同荷电状态时，热失控烟气主要成分由H2、CO2、CO、HF、HCl、SO2及CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8等烃类气体组成。下表为某一锂离子电池热失控试验后电池热失控烟气主要成分：
| 名称 | 含量/％ | 是否可燃 | 是否有害 |
| 氢气(H2) | 53 | 可燃 | 无害 |
| 二氧化碳(CO2) | 21.2 | 不可燃 | 无害 |
| 一氧化碳(CO) | 8.3 | 可燃 | 有害 |
| 甲烷(CH4) | 6.9 | 可燃 | 有害 |
| 乙烯(C2H4) | 6.1 | 可燃 | 有害 |
由上述表格可知，一般情况下热失控烟气中CO、CO2、H2的组分占到了60％以上，而三种气体中，CO2为不可燃气体，CO和H2为可燃气体，若对CO和H2进行处理，则能使热失控烟气中可燃气体的比例大幅下降，从而降低热失控烟气产生隐患的风险。
基于此，本实用新型提供一种电池热失控烟气处理装置，该装置主要对氢气和一氧化碳进行处理，同时，该电池热失控烟气处理装置对热失控烟气处理后，能够多次循环重复的使用，大幅降低了装置的使用成本，此外，使用后的反应介质无需进行无害化等特殊处理，进一步降低了装置的成本。
以下对该电池热失控烟气处理装置的具体结构进行详细描述。
如图1至图4所示，本实施例提供的电池热失控烟气处理装置包括反应壳体1、反应介质2以及加热装置3，反应介质2填充在反应壳体1内，加热装置3用于对反应壳体1内的反应介质2进行加热；该反应壳体1上设置有烟气进口11和烟气出口12，热失控烟气通过烟气进口11进入反应壳体1内与反应介质2进行反应，反应完成后通过烟气出口12排出；该反应介质2具有第一状态和第二状态，其能够在加热状态下与热失控烟气进行反应，由第一状态转变为第二状态；同时，热失控反应完成后，该反应介质2能够在加热后与氧气进行反应，由第二状态还原为第一状态，以继续进行下次与热失控烟气的反应。因此，本实施例中的装置能够多次循环重复使用，大幅降低了热失控烟气处理装置的使用成本。
本实施例对反应壳体1的结构和形状不进行限定，只要能够进行反应介质2的填充即可，该反应壳体1可为矩形壳体、圆柱形壳体和六棱柱壳体等等，优选的，该反应壳体1为圆柱形壳体，圆柱形壳体的反应壳体1具有良好的承压性能。此时，烟气进口11和烟气出口12分别设置在圆柱形壳体的两个端面上。
上述反应壳体1用于提供热失控烟气与反应介质2反应时的反应腔体，反应腔体需填充反应介质2，因此，该反应壳体1为分体式结构，其可以采用以下结构组成；
第一、如图3所示，该反应壳体1主要一端敞口的圆形筒体13以及设置在敞口端的盖板14组成；
第二、该反应壳体1主要由两端敞口的圆形筒体13以及设置在两个敞口端的盖板组成；
第三、该反应壳体1主要由相互扣合的两个半圆柱壳体组成；
上述三种结构均可满足本实施例中反应壳体1的使用要求，优选推荐采用第一种结构的反应壳体1，该种结构的反应壳体不仅便于反应介质2的填充，而且反应壳体1的密封性较好。同时，该反应壳体1可采用导热性好、耐高温的金属材料制作，以便于进行热量的传递，以使反应介质2尽快达到反应温度，在本实施例中，上述反应壳体1可为铜管、铁管、钢管等导热金属筒体。
本实施例中，上述加热装置3主要用于对反应壳体1内的反应介质2进行加热，使反应介质2的温度达到反应温度；如图2和图3所示，该加热装置3具体可采用加热带、加热丝(电阻丝)、加热棒32、电磁感应加热线圈(高频)等。上述加热装置3安装时，可以采用多种方式进行安装，可以安装至反应壳体1的外部，也可以安装至反应壳体1的内腔中，只要能够对反应介质2进行加热即可，以下为加热装置3的几种安装方式。
第一、如图1和图2所示，将其缠绕至反应壳体1的外侧壁上；
第二、在反应壳体1的外侧壁上加工凹槽，将加热装置3嵌入至反应壳体1外侧壁的凹槽内；
第三、在反应壳体1的内侧壁上加工凹槽，将加热装置3嵌入至反应壳体1内侧壁的凹槽内；
第四、反应壳体1的外侧壁上增加一个安装支架，加热装置3固定至安装支架上；
第五、如图3所示，在反应壳体1的侧壁或盖板14上加工一个通孔，将加热装置3通过通孔反应壳体1的内腔中。
在本实施例中，该加热装置3优先采用电磁感应加热线圈31和加热棒32，电磁感应加热线圈31能够均匀将反应壳体1内的反应介质加热到反应的温度，由于该方式的加热均匀，继而确保了热失控烟气的处理效果以及反应物质的还原效果。同时，电磁感应加热线圈31还具有加热速度较快的优点，能够在较短时间内将反应介质2加热到反应的温度，对热失控烟气处理的效率较高。具体安装时，将电磁感应加热线圈31缠绕至反应壳体1的外侧壁上，该种固定方式较为方便，反应壳体1的密封性较好，同时无需对反应壳体1进行结构更改。加热棒32的优点是：加热棒32能够***反应壳体1的内腔中直接对反应介质2进行，热传导效率较高。
如图2和图3所示，在本实施例中，还可在反应壳体1的烟气进口11处安装有第一单向阀4，反应壳体1的烟气出口12处安装第二单向阀5，该第一单向阀4使进入反应壳体1的热失控烟气不会发生回流，第二单向阀5对反应壳体1的热失控烟气进行憋压，以使热失控烟气与反应介质2充分反应。该第二单向阀5还能够确保反应壳体的密封性，避免反应介质与热失控烟气反应时环境中的气体参与产生副反应。
如图5所示，本实施例的反应壳体1上还设置有氧气进入的气体口15，该气体口15处设置有控制阀7，该控制阀7为常闭阀，在热失控烟气与反应壳体1内的反应介质反应时，处于关闭状态，在热失控烟气与反应介质完成后，将氧气通过该气体口15输送至反应壳体1内，反应介质能够在加热状下与氧气进行反应，由第二状态还原为第一状态。该气体口15和控制阀7的设置，在反应壳体1内的反应介质需与氧气进行反应时，直接将气体口15与氧气管路进行连接即可，无需进行烟气进口与烟气管路拆卸，在将烟气进口与氧气管路连接的过程，使得电池热失控烟气处理装置的使用较为方便，无需进行反复的拆卸和安装过程。
在上述结构的基础上，如图4所示，本实施例中的电池热失控烟气处理装置还包括保护外壳6，加热装置3、反应壳体1均设置在保护外壳，该保护外壳6可采用绝缘隔热材料制作，也可以采用耐高温的保温隔热材料制作，例如具体可采用真空绝热板、硅酸钙保温板、气凝胶隔热板等。
本实施例中，反应介质2具有第一状态和第二状态，该反应介质2能够在加热后与热失控烟气进行反应，由第一状态转变为第二状态；同时，还能够在加热后与氧气进行反应，由第二状态转变为第一状态。该反应介质2为金属氧化物，金属氧化物为氧化铜、氧化亚铜、三氧化二铁等。上述金属氧化物用于与热失控烟气中的氢气、一氧化碳进行反应，将热失控烟气中氢气、一氧化碳进行处理，以使处理的热失控烟气中可燃气体的比例大幅降低，不具有可燃性。上述反应介质2中，优选采用氧化铜粉末，氧化铜粉末易与热失控烟气中的氢气以及一氧化碳反应，同时，相较于其它反应介质，氧化铜粉末与热失控烟气中氢气、一氧化反应生成铜粉末后，铜粉末也易于氧气反应生成氧化铜粉末，且反应条件相对较为简单。此外，在300℃～800℃的温度范围，氧化铜粉末与氢气、一氧化碳，铜粉末与氧气均可发生反应，加热装置的加热温度控制相对较为容易。
其它反应介质中，氧化亚铜与氢气、一氧化碳反应后，再变回氧化亚铜的温度要求比较高，需1000℃以上，加热装置需提供不同的加热温度，加热装置的控制较为复杂。三氧化二铁与氢气、一氧化碳反应后会变成铁或者氧化亚铁，铁与氧气反应会根据条件产生不同的物质，比如氧化亚铁、三氧化二铁、四氧化三铁等，因此，需精确控制反应条件才能得到固定产物，因此，氧化铜粉是优选。
以下以反应介质为氧化铜粉末为例，对本实施例中的电池热失控烟气处理装置的原理进行说明，该反应介质的第一状态为氧化铜，第二状态为铜：将氧化铜粉末放入反应壳体1内，电磁感应加热线圈通电后，会将反应壳体1加热，热量传导到反应壳体1内的氧化铜，将氧化铜加热变为灼热的氧化铜，随后将热失控烟气通入该装置中，热失控烟气中的氢气或一氧化碳通过灼热的氧化铜，将氧化铜还原成铜，进而除去氢气或一氧化碳，反应的化学式如下：
CuO+H2＝H2O+Cu(高温加热)
CuO+CO＝CO2+Cu(高温加热)
将残余的热失控烟气排出反应壳体1后，在反应壳体1内通入氧气，该反应壳体1内的铜可与氧气在加热情况下反应，使得铜变为氧化铜，从而再次处理热失控烟气，铜可与氧气反应的化学式如下：
2Cu+O2＝CuO(高温加热)
以下为其它的几种反应介质与氢气反应的化学式：Cu2O+H2＝2Cu+H2O(高温加热)，Fe2O3+3H2＝2Fe+3H2O(高温加热)，上述反应介质由第一状态氧化亚铜、三氧化二铁、氧化铝与氢气、一氧化碳反应后变为第二状态的单质金属后，随后通入氧气，将其由第二状态转变为第一状态时以进行下一次热失控烟气的处理。
上述实施例提供的电池热失控烟气处理装置在使用时，可以应用在动力电池方面，也可应用在储能电池方面，其使用时，采用烟气管路将电池产生的热失控烟气集中引出，随后将引出的热失控烟气输送至上述电池热失控烟气处理装置中进行处理，处理后残余的热失控可以直接排出、也可以吸附处理、还可以进行收集处理。将热失控烟气处理完成后，将氧气通入反应壳体1中并进行加热，以使反应介质由第二状态变为第一状态，以继续下一次反应。
Claims (10)
1.一种电池热失控烟气处理装置，其特征在于，包括反应壳体、反应介质以及加热装置；
所述反应壳体上设置有热失控烟气通过的烟气进口和烟气出口；
所述反应介质填充在反应壳体内，所述加热装置用于对反应壳体内的反应介质进行加热；
所述反应介质具有第一状态和第二状态，所述反应介质能够在加热后与热失控烟气进行反应，由第一状态转变为第二状态；同时，所述反应介质能够在加热后与氧气进行反应，由第二状态转变为第一状态。
2.根据权利要求1所述的电池热失控烟气处理装置，其特征在于，所述反应介质为金属氧化物。
3.根据权利要求2所述的电池热失控烟气处理装置，其特征在于，所述反应介质为氧化铜粉末。
4.根据权利要求1所述的电池热失控烟气处理装置，其特征在于，所述加热装置为电磁感应加热线圈，所述电磁感应加热线圈缠绕在反应壳体的外壁上。
5.根据权利要求1所述的电池热失控烟气处理装置，其特征在于，所述加热装置为至少一根加热棒，所述至少一根加热棒***反应壳体的内腔中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池热失控烟气处理装置，其特征在于，所述反应壳体上设置有氧气进入的气体口，所述气体口上设置有控制阀。
7.根据权利要求6所述的电池热失控烟气处理装置，其特征在于，所述反应壳体的烟气进口处安装有第一单向阀，烟气出口处安装有第二单向阀。
8.根据权利要求7所述的电池热失控烟气处理装置，其特征在于，还包括保护外壳，所述加热装置、反应壳体均设置在保护外壳内。
9.根据权利要求8所述的电池热失控烟气处理装置，其特征在于，所述保护外壳采用绝缘隔热材料制作。
10.根据权利要求9所述的电池热失控烟气处理装置，其特征在于，所述反应壳体主要由一端敞口的圆形筒体以及设置在敞口端的盖板组成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202323043211.7U CN221207495U (zh) | 2023-11-11 | 2023-11-11 | 一种电池热失控烟气处理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202323043211.7U CN221207495U (zh) | 2023-11-11 | 2023-11-11 | 一种电池热失控烟气处理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN221207495U true CN221207495U (zh) | 2024-06-25 |
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ID=91572244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202323043211.7U Active CN221207495U (zh) | 2023-11-11 | 2023-11-11 | 一种电池热失控烟气处理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN221207495U (zh) |
-
2023
- 2023-11-11 CN CN202323043211.7U patent/CN221207495U/zh active Active
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